CN103116131A - 一种10kV大功率电机直接启动对配电网运行电压冲击的测评方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种10kV大功率电机直接启动对配电网运行电压冲击的测评方法，该方法包括步骤：（1）获得10kV大功率电机以及配电网中的电机额定容量P_mN、线路总负荷∑P_i、配电线路送端电压E、电动机接入点正常运行时测量电压V_M和线路送端总电流I_B各参数的数值；（2）采用电机启动冲击系数MIF来衡量10kV电机直接启动对配电网运行电压的影响；（3）根据步骤（2）获得的电机冲击系数MIF，对10kV大功率电机直接启动对配电网运行电压冲击进行评测。本发明该测评方法综合考虑了电机容量、接入位置和系统强度不同时，10kV电机启动对中压配电网电压水平的影响，能够对评估大功率电机启动冲击进行量化显示。

Description

一种10kV大功率电机直接启动对配电网运行电压冲击的测评方法

技术领域

本发明涉及一种配电网运行电压冲击的测评方法，具体是指一种10kV大功率电机直接启动对配电网运行电压冲击的测评方法。

背景技术

随着我国工业化规模的扩大，大型交流异步电机的应用越来越普遍。交流异步电机的启动和调速性能不佳，一直是运行人员十分关注的问题。异步电机启动，指从静止状态加速到稳态转速的整个过程。如果在额定电压下直接启动，启动电流很大，转子功率因数很低，启动转矩并不大，一般只有额定转矩的0.7～1.1倍。感应电机启动特性不仅关系到其自身和辅助系统的安全运行，还可能造成较大的电网电压跌落，影响接在同一线路上其他负荷的正常供电。

10kV感应电机直接接入我国中压配电网，其启动时产生的巨大冲击电流对中压配网电压水平和供电质量有十分重要的影响。配网运行中发生了多起因异步电机启动引起电网电压暂降，其他用户纷纷投诉的事例。

电机容量、接入位置和系统强度均会对电机启动特性产生影响。如果能够找到一个简单易算、鲁棒性强，综合考虑上述因素的指标，定量衡量10kV大功率电机直接启动对配电系统电压水平的影响，指导运行部门规范电机接入和启动要求，将为配电网安全运行和规划带来便利。

多大容量电动机可以直接启动，电力管理部门主要对低压电动机做出规定：1）用电单位有独立的变压器，对不经常启动的异步电动机，容量小于变压器容量的30％时，允许直接启动；2）需要频繁启动的，电动机容量应小于变压器容量的20％，才允许直接启动；3）如果动力负荷与照明负荷共用一个电源，允许直接启动的异步电动机容量，应按启动时所引起的电压降不超过5％为原则。

对于中压电机，基本没有成文的接入规范。比较笼统的说法是：经常启动的电动机引起的电网电压变化不大于10%，偶尔启动的电动机引起的电网电压变化不大于15%。这些说法对于规范电机接入和运行要求并无实质性参考价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种10kV大功率电机直接启动对配电网运行电压冲击的测评方法，该测评方法综合考虑了电机容量、接入位置和系统强度不同时，10kV电机启动对中压配电网电压水平的影响，能够对评估大功率电机启动冲击进行量化显示。

本发明的上述目的通过如下的技术方案来实现：一种10kV大功率电机直接启动对配电网运行电压冲击的测评方法，该方法包括如下步骤：

（1）获得10kV大功率电机以及配电网中的电机额定容量P_mN、线路总负荷∑P_i、配电线路送端电压E、电动机接入点正常运行时测量电压V_M和线路送端总电流I_B各参数的数值；

（2）通过步骤（1）获得的参数，采用电机启动冲击系数MIF（motor impactingfactor），即：电动机额定功率在配电网线路总负荷中所占百分数与10kV电机接入母线的短路容量S_ac的比值，来衡量10kV电机直接启动对配电网运行电压的影响，其中，电机冲击系数MIF计算公式如下：

$\mathrm{MIF}=\frac{P\%}{S_{\mathrm{ac}}}=\frac{P_{\mathrm{mN}}}{\mathrm{\Σ}{P}_i}\×\frac{Z}{E^2}\×100---\left(1\right)$

其中，P_mN为电机额定容量（kW），

∑P_i为线路总负荷（kW），

E为配电线路送端电压（kV），

Z为接入点前配电系统等值阻抗（Ω）；

Z可根据运行数据按式（2）估算：

$Z=\frac{E-V_M}{I_B}---\left(2\right)$

式中，V_M为电动机接入点稳态运行时测量电压（kV），

I_B为电动机稳态运行时线路送端测量总电流（kA）；

公式（1）和公式（2）中的各参数都是易于获得的运行数据，同时本文中相同的字符均代表相同的含义；

（3）根据步骤（2）获得的电机冲击系数MIF，对10kV大功率电机直接启动对配电网运行电压冲击进行评测：

（31）当电机冲击系数MIF小于0.3，电机直接启动引起的电机接入点压降小于10％，此时10kV大功率电机直接启动对配电网运行电压冲击性能为优良；

（32）当电机冲击系数MIF小于0.75，电机直接启动引起的电机接入点压降小于20％，此时10kV大功率电机直接启动对配电网运行电压冲击性能为合格；

（33）当电机冲击系数MIF大于0.75，电机直接启动引起的电机接入点压降大于20％，此时10kV大功率电机直接启动对配电网运行电压冲击性能为不合格，应及时对配电网进行调整。

本发明中，所述的配电网运行电压冲击是指电机安装位置的压降。

与现有技术相比，本发明的测评方法引入衡量大功率电机启动冲击的新指标电机启动冲击系数MIF，该指标简单易算、鲁棒性强，综合考虑了电机容量、接入位置及系统强度的指标，定量衡量10kV大功率电机直接启动对配电系统的不利影响，可以指导运行部门规范电机接入和启动要求，将为配电网安全运行和规划带来便利。

具体实施方式

本发明的一种10kV大功率电机直接启动对配电网运行电压冲击的测评方法，该方法包括如下步骤：

（1）获得10kV大功率电机以及配电网中的电机额定容量P_mN、线路总负荷∑P_i、配电线路送端电压E、电动机接入点正常运行时测量电压V_M和线路送端总电流I_B各参数的数值；

（2）通过步骤（1）获得的参数，采用电机冲击系数MIF（motor impactingfactor），即：电动机额定功率在配电网线路总负荷中所占百分数与10kV电机接入母线的短路容量S_ac的比值，来衡量10kV电机直接启动对配电网运行电压的影响，其中，电机冲击系数MIF计算公式如下：

$\mathrm{MIF}=\frac{P\%}{S_{\mathrm{ac}}}=\frac{P_{\mathrm{mN}}}{\mathrm{\Σ}{P}_i}\×\frac{Z}{E^2}\×100---\left(1\right)$

其中，P_mN为电机额定容量（kW），

∑P_i为线路总负荷（kW），

E为配电线路送端电压（kV），

Z为接入点前配电系统等值阻抗（Ω）；

Z可根据运行数据按式（2）估算：

$Z=\frac{E-V_M}{I_B}---\left(2\right)$

式中，V_M为电动机接入点稳态运行时测量电压（kV），

I_B为电动机稳态运行时线路送端测量总电流（kA）；

公式（1）和公式（2）中的各参数都是易于获得的运行数据，同时本文中相同的字符均代表相同的含义；

（3）根据步骤（2）获得的电机冲击系数MIF，对10kV大功率电机直接启动对配电网运行电压冲击进行评测：

（31）当电机冲击系数MIF小于0.3，电机直接启动引起的电机接入点压降小于10％，此时10kV大功率电机直接启动对配电网运行电压冲击性能为优良；

（32）当电机冲击系数MIF小于0.75，电机直接启动引起的电机接入点压降小于20％，此时10kV大功率电机直接启动对配电网运行电压冲击性能为合格；

（33）当电机冲击系数MIF大于0.75，电机直接启动过程引起的电机接入点压降大于20％，此时10kV大功率电机直接启动对配电网运行电压冲击性能为不合格，应及时对配电网进行调整。

本发明采用电机冲击系数MIF来衡量大功率电机启动冲击，电机冲击系数MIF越小，启动时配电线路上电机接入点压降百分数越低，可为运行部门规范电机接入要求提供参考。

表1给出了三种不同型号的大功率异步电机接入不同位置时电机冲击系数MIF的计算结果及启动过程中电机节点电压下降百分数。可见，电机冲击系数越大，电机节点压降越大，冲击系数很好衡量了10kV电机启动引起的线路电压下降，可为配网规划运行人员接入大功率电机时提供参考。启动时线路末端电压可根据电机节点电压和稳态时末端电压与电机节点电压的偏差来估算。

表1：电机冲击系数MIF与电机启动引起的电机接入点电压降落

根据表1所示的计算结果，电机冲击系数小于0.3，电机直接启动引起的接入点电压跌落不会超过10％；电机冲击系数小于0.75，电机直接启动过程引起的接入点最大电压跌落不会超过20％。建议接入电机时尽量避免出现电机冲击系数大于0.75的情形。电机冲击系数不足0.3时，异步电机应采取各种软启动方法，以减小启动过程对其他负荷正常供电的影响。

表2给出了三台功率均为10kV的电机接入不同位置时电机冲击系数MIF的计算结果及启动过程中电机节点电压下降百分数。电机冲击系数越大，电机节点压降越大。启动时线路末端电压可根据电机节点电压和稳态时末端电压与电机节点电压的偏差来估算。

表2：电机冲击系数MIF与功率为10kV的电机启动引起的电机接入点电压降落

根据表2所示的计算结果，电机冲击系数小于0.3，电机直接启动引起的接入点电压跌落不会超过10％；电机冲击系数小于0.75，电机直接启动过程引起的接入点最大电压跌落不会超过20％。建议接入电机时尽量避免出现电机冲击系数大于0.75的情形。电机冲击系数不足0.3时，10kV的电机启动应采取各种软启动方法，以减小启动过程对其他负荷正常供电的影响。

Claims (1)

1.一种10kV大功率电机直接启动对配电网运行电压冲击的测评方法，该方法包括如下步骤：

（1）获得10kV大功率电机以及配电网中的电机额定容量P_mN、线路总负荷∑P_i、配电线路送端电压E、电动机接入点正常运行时测量电压V_M和线路送端总电流I_B各参数的数值；

（2）通过步骤（1）获得的参数，采用电机启动冲击系数MIF，即：电动机额定功率在配电网线路总负荷中所占百分数与10kV电机接入母线的短路容量S_ac的比值，来衡量10kV电机直接启动对配电网运行电压的影响，其中，电机冲击系数MIF计算公式如下：

$\mathrm{MIF}=\frac{P\%}{S_{\mathrm{ac}}}=\frac{P_{\mathrm{mN}}}{\mathrm{\Σ}{P}_i}\×\frac{Z}{E^2}\×100---\left(1\right)$

其中，P_mN为电机额定容量（kW），

∑P_i为线路总负荷（kW），

E为配电线路送端电压（kV），

Z为接入点前配电系统等值阻抗（Ω）；

Z根据运行数据按式（2）估算：

$Z=\frac{E-V_M}{I_B}---\left(2\right)$

式中，V_M为电动机接入点稳态运行时测量电压（kV），

I_B为电动机稳态运行时线路送端测量总电流（kA）；

（3）根据步骤（2）获得的电机冲击系数MIF，对10kV大功率电机直接启动对配电网运行电压冲击进行评测：

（31）当电机冲击系数MIF小于0.3，电机直接启动引起的电机接入点压降小于10％，此时10kV大功率电机直接启动对配电网运行电压冲击性能为优良；

（32）当电机冲击系数MIF小于0.75，电机直接启动引起的电机接入点压降小于20％，此时10kV大功率电机直接启动对配电网运行电压冲击性能为合格；

（33）当电机冲击系数MIF大于0.75，电机直接启动引起的电机接入点压降大于20％，此时10kV大功率电机直接启动对配电网运行电压冲击性能为不合格，应及时对配电网进行调整。